JP6957304B2 - 架線撮影システム及び架線撮影方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電力線等の架線を撮影する技術に関するものである。
架線を撮影する技術としては、無人ヘリコプタ等の無人航空機に搭載したカメラを用いて、高所の架線を上方から撮影すると共に、撮影した画像を解析して架線の異常を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
特開２００５-２５３１８９号公報
無人航空機に搭載したカメラを用いて高所の架線を上方から撮影する場合、突風による架線の揺れに対する安全対策上、無人航空機と架線との間に数ｍ以上の距離をおく必要があるため、カメラから見て架線は細線状に観察される。
そして、このために、カメラのオートフォーカス機能を利用して、カメラのピントを架線に合わせようとしても、オートフォーカス機能が架線では無く、架線の背景物にピントを合わせてしまい、架線の画像を良好に撮影できなくなってしまうことがある。
そこで、本発明は、無人航空機に搭載したカメラを用いて、架線にピントの合った画像を撮影することを課題とする
前記課題達成のために、本発明は、架線を撮影する架線撮影システムとして、無人航空機と、前記無人航空機に搭載されたカメラと、架線を検出する架線検出手段と、前記無人航空機に搭載された当該無人航空機を自動航行する制御部とを備えた架線撮影システムを提供する。ここで、前記カメラのピントが合うピント面までの距離は固定可能であり、前記制御部は、架線の撮影時に、前記架線検出手段が検出した架線との間の距離を所定の距離に一定に維持しつつ、架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行する。
また、このような架線撮影システムは、前記制御部において、架線の撮影時に、前記架線検出手段が位置を検出した架線との間の距離を前記所定の距離に一定に維持しつつ、架線の真上を架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行するように構成してもよい。
また、この場合、架線の撮影時に、前記カメラのピントが合うピント面までの距離は、前記所定の距離と同じ距離に設定することが好ましい。
また、以上の架線撮影システムは、前記無人航空機に、前記カメラの向きを変更可能なジンバルを備え、前記制御部において、架線の撮影時に、前記架線検出手段が位置を検出した架線が前記カメラの撮影範囲に含まれるように、前記ジンバルに前記カメラの向きを変更さするようにしてもよい。
また、以上の架線撮影システムにおいて、前記無人航空機は、マルチコプタであってよい。
また、前記課題達成のために、本発明は、無人航空機を用いて架線を撮影する架線撮影方法を提供する。ここで、前記無人航空機には、カメラと、架線を検出する架線検出手段と、当該無人航空機を自動航行する制御部とが搭載されており、当該架線撮影方法は、前記カメラのピントが合うピント面までの距離を固定する第１のステップと、前記制御部に、前記架線検出手段が検出した架線との間の距離を所定の距離に維持しつつ、架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行させながら、前記ピント面までの距離を固定した前記カメラで前記架線を撮影する第２のステップとを有する。
ここで、このような架線撮影方法は、前記第１のステップにおいて、前記カメラのピントが合うピント面までの距離を、前記所定の距離と同じ距離に設定し、前記第２のステップにおいて、前記制御部に、前記架線検出手段が位置を検出した架線との間の距離を前記所定の距離に一定に維持しつつ、架線の真上を架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行させるようにしてもよい。
以上のような架線撮影システムや架線撮影方法によれば、架線との間の距離を所定の距離に一定に維持しつつ、架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行させながら、無人航空機に搭載した、架線から前記所定の距離離れた位置からの撮影時に架線にピントが合う距離に、ピント面までの距離を固定したカメラで架線を撮影することができる。
よって、無人航空機に搭載したカメラを用いて、架線にピントの合った良好な画像を撮影することができるようになる。
以上のように、本発明によれば、無人航空機に搭載したカメラを用いて、架線にピントの合った画像を撮影することができる。
本発明の実施形態に係る架線検査システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るマルチコプタの機能構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮影動作を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮影飛行制御処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る架線検査システムの構成を示す。
図示するように架線システムは、マルチコプタ１と、プロポやGCS（Ground Control Station）などと呼称される、マルチコプタ１の無線遠隔操操作を行う遠隔操作装置２と、コンピュータであるところのデータ処理装置３とを備えている。
また、マルチコプタ１は、４つの回転翼１１を備えた無人航空機であり、マルチコプタ１の下部には、ジンバル１２が連結されており、架線撮影用のカメラ１３がジンバル１２によって３軸まわりに向きを可変に支持されている。ここで、カメラ１３は、作動の有無を選択的に設定可能なオートフォーカス機能を備えたカメラ１３であり、オートフォーカス機能をオフに設定したときに、カメラ１３からカメラ１３のピントが合うピント面までの距離を手動等で設定した値に固定とすることがきる。
次に、図２に、マルチコプタ１の機能構成を示す。
図示するように、マルチコプタ１は、データ処理装置３と無線通信を行う無線通信部１０１、遠隔操作装置２から遠隔操作信号を受信する遠隔操作用無線通信部１０２、カメラ１３が撮影した画像をデータ処理装置３に無線伝送する画像伝送用無線通信部１０３を備えている。
また、マルチコプタ１は、ジンバル１２を駆動しカメラ１３の向きを設定するジンバル駆動部１０４、回転翼１１を回転駆動するロータ駆動部１０５、メモリ１０６、マルチコプタ１の外部を撮影し撮影した画像から外部の物体に対するマルチコプタ１の動きを検出するオプティカルフロー装置１０７、マルチコプタ１の角速度を検出するジャイロセンサ１０８、気圧を検出する気圧センサ１０９、方位を検出する方位センサ１１０、衛星を用いた衛星測位によって現在位置を算出するＧＮＳＳ受信器１１１、レーザーをマルチコプタ１の下方に反射しマルチコプタ１の下方にある物体の三次元位置を計測するＬＩＤＡＲ１１２（LIght Detection And Ranging）、レーザーをマルチコプタ１の下方に反射しマルチコプタ１の下方にある物体までの距離を計測するＬＲＦ１１３（Laser Range Finder１１３）、マルチコプタ１の各部を制御する制御部１１４を備えている。
このようなマルチコプタ１の構成において、制御部１１４は、オプティカルフロー装置１０７、ジャイロセン、気圧センサ１０９、方位センサ１１０の検出結果を用いて、マルチコプタ１が所要の姿勢、高度、速度で飛行するようにロータ駆動部１０５に回転翼１１を回転駆動させる。
また、制御部１１４は、無線通信部１０１で、データ処理装置３からフライトデータの登録の指示を受信したならば、データ処理装置３から転送されたフライトデータをメモリ１０６に格納する。
ここで、データ処理装置３はマルチコプタ１の無線通信部１０１と無線通信を行う無線通信装置を備えており、無線通信を介して、フライトデータの登録の指示や、フライトデータをマルチコプタ１に送信する。
また、このフライトデータとして、データ処理装置３を用いて、オペレータは、データ処理装置３に記憶されている地図データを利用しながら、検査のために架線を撮影する区間に応じて、撮影開始点と撮影終了点を定め撮影開始点の３次元座標のデータと、撮影終了点の３次元座標のテータを含めたフライトデータを作成する。
以下、架線検査システムにおける架線の撮影動作について説明する。
まず、架線の支持物間に掛け渡された架線のうちの一番上の一本の架線を検査する場合を例にとり、架線の撮影動作について説明する。
この場合、検査する架線を検査架線として、オペレータは、図３ａに示すように、検査架線を撮影する区間Ｌの検査架線の一端となる位置の真上の検査架線から所定距離ｄ上空の位置を撮影開始点Ｓとして設定し、検査架線の、検査架線を撮影する区間Ｌの、撮影開始点Ｓと逆側の端となる位置の真上の検査架線から所定距離ｄ上空の位置を撮影終了点Ｅとして、撮影開始点Ｓと撮影終了点Ｅの３次元座標のテータを含めたフライトデータを作成し、上述のようにマルチコプタ１のメモリ１０６に格納する。
そして、フライトデータをマルチコプタ１のメモリ１０６に格納したならば、オペレータは、マルチコプタ１の飛行開始前に、マルチコプタ１のカメラ１３のオートフォーカス機能をオフに設定し、カメラ１３からカメラ１３のピントが合うピント面までの距離を手動等で、上述した距離ｄに設定する。
そして、オペレータは、データ処理装置３から無線通信を介してマルチコプタ１の制御部１１４に、フライトデータに基づく撮影飛行の開始を指示する。
一方、フライトデータに基づく撮影飛行の開始を指示されたマルチコプタ１の制御部１１４は、以下に示す撮影飛行制御処理を開始する。
図４に、この撮影飛行制御処理の手順を示す。
図示するように、マルチコプタ１の制御部１１４は、撮影飛行制御処理において、まず、マルチコプタ１の飛行を開始し、ＧＮＳＳ受信器１１１で算出されるマルチコプタ１の現在位置に基づいて、フライトデータの撮影開始点の３次元座標のデータが示す位置に移動する（ステップ４０２）。
そして、ジンバル１２を制御してカメラ１３が真下方向を撮影するように設定し、カメラ１３の撮影を開始すると共に、カメラ１３で撮影した画像の画像伝送用無線通信部１０３を用いた無線通信によるデータ処理装置３への転送と、メモリ１０６への記録を開始する（ステップ４０４）。
ここで、データ処理装置３は、マルチコプタ１から転送された画像を表示すると共に記憶する。
次に、ＬＩＤＡＲ１１２やＬＲＦ１１３を用いて、マルチコプタ１の下方にある検査架線の位置や検査架線までの距離を検出する（ステップ４０６）。
ここで、検査架線の検出は、マルチコプタ１の下方にある、マルチコプタ１に一番近い物体を検査架線として検出するようにしてもよいし、カメラ１３で撮影した画像を画像認識して検査架線を検出するようにしてもよい。
次に、検出した検査架線の真上の、検査架線から距離ｄ上空の位置に、マルチコプタ１の位置を調整する（ステップ４０８）。
次に、マルチコプタ１の制御部１１４は、ＬＩＤＡＲ１１２やＬＲＦ１１３を用いて検査架線までの標高方向の距離を検出しつつ、検査架線との標高差が距離ｄに維持されるように高度を調整しながら、架線の真上を、フライトデータの撮影終了点の３次元座標のデータが示す位置まで所定の一定速度で、カメラ１３の撮影範囲に検査架線が含まれるようにカメラ１３の向きを制御しながら移動する（ステップ４１０）。
ここで、撮影終了点の３次元座標のデータが示す位置までの移動は、経緯度方向については、ＬＩＤＡＲ１１２やＬＲＦ１１３やカメラ１３を用いた画像認識により検出した架線の位置に応じて、架線の真上を移動するようにマルチコプタ１を制御することにより行う。ただし、簡易的には、撮影終了点の３次元座標のデータが示す位置までの移動は、撮影終了点の３次元座標のデータが示す位置に向かって直線的に進むことにより行うようにしてもよい。
また、カメラ１３の撮影範囲に検査架線が含まれるように行うカメラ１３の向きの制御は、ＬＩＤＡＲ１１２やＬＲＦ１１３やカメラ１３を用いた画像認識により検出した架線の位置が、カメラ１３の撮影範囲に含まれるようにジンバル１２を用いてカメラ１３の向きを制御することにより行う、
そして、撮影終了点の３次元座標のデータが示す位置まで移動したならば、カメラ１３の撮影を終了し（ステップ４１２）、離陸地点に着陸して（ステップ４１４）、撮影飛行制御処理を終了する。
以上、マルチコプタ１の制御部１１４が行う撮影飛行制御処理について説明した。
このような撮影飛行制御処理によれば、マルチコプタ１は、図３ｂに示すように、まず、撮影開始点Ｓ付近の検査架線上の位置の真上の検査架線から所定距離ｄ上空の位置に移動して真下方向の撮影を開始する。そして、その後、図３ｃに示すように、検査架線までの高度差を距離ｄに維持しながら、検査架線の真上を、撮影終了点Ｅまで、カメラ１３で下方の検査架線を撮影しながら移動する。
ここで、カメラ１３のピントが合うピント面までの距離は距離ｄに固定されており、撮影開始点Ｓから撮影終了点Ｅに移動する期間中、カメラ１３から検査架線までの距離は距離ｄに維持されているので、以上のような撮影飛行制御処理によって、検査架線にピントの合った良好な撮影を行うことができる。
なお、以上の撮影飛行制御処理によってカメラ１３で撮影されデータ処理装置３に転送された画像、または、メモリ１０６に記録された画像をデータ処理装置３、または、他の装置を用いて解析することにより、架線の異常の有無が検出されることとなる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ここで、以上では、架線の支持物間に掛け渡された架線のうちの一番上の一本の架線を検査する場合を例にとり、架線の撮影動作を説明したが、一番上の一本の架線以外の架線を検査する場合についても本実施形態は同様に適用することができる。
すなわち、検査する一本の架線が一番上の架線でない場合でも、当該架線と、その上にある架線との間に充分な距離がある場合には、一番上の一本の架線の撮影動作と同様の撮影動作を行えばよい。
また、検査する一本の架線と、その上にある架線との間に充分な距離がない場合には、検査架線の斜め上方に検査架線から平行に距離ｄ離れた線であって、他の架線からも距離ｄ以上離れた線に沿ってマルチコプタ１が移動するように、マルチコプタ１の移動を制御しながら、検査架線の撮影を行うようにすればよい。
また、支持物間に掛け渡された架線のうちの、一番上の位置に水平方向に並べられて張られた複数の架線を検査架線として同時に撮影する場合には、水平方向について複数の検査架線の中央を通る第１の線の真上の、当該第１の線と高度差が距離ｄとなる第２の線に沿ってマルチコプタ１が移動するように、マルチコプタ１の移動を制御しながら、カメラ１３の撮影範囲に各検査架線が含まれるように撮影を行えばよい。
また、上下方向に並べられて張られた複数の架線を検査架線として同時に撮影する場合には、カメラ１３からカメラ１３のピントが合うピント面までの距離を、一番上の検査架線から上方真上に距離ｄ離れた位置から、下方にカメラ１３を向けて各検査架線を撮影するのに適した距離、すなわち、各検査架線にピントが合う距離に設定し、一番上の検査架線の斜め上方に検査架線から距離ｄ離れた線に沿ってマルチコプタ１が移動するように、マルチコプタ１の移動を制御しながら、カメラ１３の撮影範囲に各検査架線が含まれるように撮影を行えばよい。
また、以上の実施形態は、側方や下方から架線を撮影する場合についても、架線から側方や下方に所定距離、離れた線上をマルチコプタ１が移動しながら、架線を撮影するように制御することにより同様に適用することができる。
１…マルチコプタ、２…遠隔操作装置、３…データ処理装置、１１…回転翼、１２…ジンバル、１３…カメラ、１０１…無線通信部、１０２…遠隔操作用無線通信部、１０３…画像伝送用無線通信部、１０４…ジンバル駆動部、１０５…ロータ駆動部、１０６…メモリ、１０７…オプティカルフロー装置、１０８…ジャイロセンサ、１０９…気圧センサ、１１０…方位センサ、１１１…ＧＮＳＳ受信器、１１２…ＬＩＤＡＲ、１１３…ＬＲＦ、１１４…制御部。

Claims (6)

  1. 架線を撮影する架線撮影システムであって、
    無人航空機と、
    前記無人航空機に搭載された、オートフォーカス機能を備えるカメラと、
    架線を検出する架線検出手段と、
    前記無人航空機に搭載された当該無人航空機を自動航行する制御部とを有し、
    架線の撮影時に、前記カメラの前記オートフォーカス機能は停止され、前記カメラのピントが合うピント面までの距離は、所定の距離に固定され、
    前記制御部は、架線の撮影時に、前記架線検出手段が検出した架線との間の距離を前記所定の距離に一定に維持しつつ、架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行させることにより、前記ピント面までの距離を前記所定の距離に固定した前記カメラに当該架線を撮影させることを特徴とする架線撮影システム。
  2. 請求項１記載の架線撮影システムであって、
    前記制御部は、架線の撮影時に、前記架線検出手段が位置を検出した架線との間の距離を前記所定の距離に一定に維持しつつ、架線の真上を架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行することを特徴とする架線撮影システム。
  3. 請求項１または２記載の架線撮影システムであって、
    前記無人航空機は、前記カメラの向きを変更可能なジンバルを備え、
    前記制御部は、架線の撮影時に、前記架線検出手段が位置を検出した架線が前記カメラの撮影範囲に含まれるように、前記ジンバルに前記カメラの向きを変更させることを特徴とする架線撮影システム。
  4. 請求項１、２または３記載の架線撮影システムであって、
    前記無人航空機は、マルチコプタであることを特徴とする架線撮影システム。
  5. 無人航空機を用いて架線を撮影する架線撮影方法であって、
    前記無人航空機は、オートフォーカス機能を備えるカメラと、架線を検出する架線検出手段と、当該無人航空機を自動航行する制御部とが搭載されており、
    当該架線撮影方法は、
    前記カメラの前記オートフォーカス機能を停止して、当該カメラのピントが合うピント面までの距離を、所定の距離に固定する第１のステップと、
    前記制御部に、前記架線検出手段が検出した架線との間の距離を前記所定の距離に一定に維持しつつ、架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行させながら、前記ピント面までの距離を前記所定の距離に固定した前記カメラで当該架線を撮影する第２のステップとを有することを特徴とする架線撮影方法。
  6. 請求項５記載の架線撮影方法であって、
    前記第２のステップにおいて、前記制御部に、前記架線検出手段が位置を検出した架線との間の距離を前記所定の距離に一定に維持しつつ、架線の真上を架線に沿って移動するように前記無人航空機を自動航行させることを特徴とする架線撮影方法。
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